自己动手实现智能家居之树莓派GPIO简介(Python版)

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【前言】

一个热爱技术的人一定向往有一个科技感十足的环境吧,那何不亲自实践一下属于技术人的座右铭:“技术改变世界”。

就让我们一步步动手搭建一个属于自己的“智能家居平台”吧(不要对这个名词抬杠啦,技术在手,怎么设计实现因人而异),本文只做抛砖引玉,各路大神如果有更好的想法可以各显神通,当然能在评论区留下更好的想法让大家共同学习是再好不过啦。

在文章最后附有所有源代码,有需要的可以自行下载,感谢Star~

【系列目录】

  1. 树莓派GPIO简介(Python版)
  2. 温湿度数据采集存储(DHT11,MySql)
  3. 温湿度数码管展示(四位共阳数码管)
  4. 构建App展示温湿度报表(ApiCloud,Python Flask)
  5. 普通家用排插集成继电器手工改造
  6. App远程控制“自制智能”排插
  7. 使用花生棒内网穿透实现外网访问
  8. App远程监控(摄像头模块集成)

【本节概要】

要做一些神奇的骚操作,比如环境数据采集,智能控制等,最终还是要落地到设备上。要和各种各样的设备打交道,肯定是离不开电子元件的。市场上有大量的开箱即用的封装的很好的硬件,但是都是独立的或者是集成了某些功能于一身的,并不能自己灵活的进行扩展。

如果我们要自己灵活地配置各种各样的功能组合,自己操作原始的电子元件或许是更明智的选择。在我们这个项目中,我们将采用树莓派+一系列电子元件来构建我们的整个系统。

 树莓派

树莓派是什么这里只做简单介绍,贴个不带壳子的图~

自己动手实现智能家居之树莓派GPIO简介(Python版)

 

 加上壳子可以长这样,当然了壳子是千变万化的,不可"以貌取派“

自己动手实现智能家居之树莓派GPIO简介(Python版)

Raspberry Pi(中文名为“树莓派”,简写为RPi,(或者RasPi / RPI)   是为学习计算机编程教育而设计),只有信用卡大小的微型电脑,其系统基于Linux。 随着Windows 10 IoT的发布,我们也将可以用上运行Windows的树莓派。

说白了就是迷你电脑,当然电脑能干的事树莓派都可以干,浏览网页,看视频,玩一些对性能要求不高的游戏都是可以的。甚至还可以当服务器,多个树莓派搭建一个集群(树莓派官网就是部署在一堆树莓派组成的集群上)。

GPIO

那么,GPIO又是什么呢?

GPIO(英语:General-purpose input/output),通用型之输入输出的简称。说白了,就是一堆针脚,可以自由地通过编程手段控制其输入还是输出。

树莓派自带了很多针脚,给程序员提供电子元件控制的出入口。以“3代B+”型号树莓派为例,本身提供了两排共40个针脚,从上面不带壳的树莓派图片中可以看到上面有两排裸露的针脚。下面是针脚分布图:

自己动手实现智能家居之树莓派GPIO简介(Python版)

第三列和第六列(表头为功能名)展示了40个针脚的作用,绿色的是开放通用的输入输出针脚,黑色的是接地,5V和3.3V高电平输出,其他颜色的针脚用在一些特殊场合,比如输出视频流什么的,并不十分常用。我们目前关注 输出电压/接地/通用针脚 这几种。

树莓派用不同的编码规则给40个针脚起制定了编码,方便我们对针脚的输入输出进行开发。常见的编码规则有:BOARD编码规则,见上图中的BOARD编码对应的40个针脚的位置;还有BCM编码规则,也可根据上图找到对应针脚。

树莓派GPIO一般采用 Arduino脚本或者python脚本进行控制,也有少数人使用C或者其他编程语言,理论上讲,越高级的语言API往往封装的越完善,代码也越简洁容易,我们的系列文章采用python脚本进行开发。

RPi.GPIO 模块

RPI.GPIO是python下控制GPIO的模块,可以通过命令 “npm install RPI.GPIO” 进行安装。注意:该命令务必在有GPIO的环境下安装,比如树莓派设备上可以顺利安装成功,但是在windows下没有GPIO设备,因此安装会出现各种问题,不建议在windos上开发时安装这个包,我们可以直接远程 PI 边写边执行测试效果。

导入 RPi.GPIO 模块:

import RPi.GPIO as GPIO

下面是一段简单的python代码,用来展示如果使用RPI.GPIO控制树莓派的针脚

# 设置GPIO布局编码,这里采用BOARD编码风格,也可以使用BCM风格,注意针脚编码规则是不同的
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)

# 关闭警告,如果设置某个针脚为非默认状态,可能会得到警告
GPIO.setwarnings(False)

# 设置某个针脚的用途
# 下面例子:设置BOARD编码风格的12号(对应GPIO.1)针脚为读取模式
GPIO.setup(12, GPIO.IN)

# 读取BOARD-12针脚的电平值
GPIO.input(12)

#设置BOARD编码风格的12号(对应GPIO.1)针脚为输出模式
GPIO.setup(12, GPIO.OUT)

# 输出BOARD-12针脚为低电平,这里GPIO.LOW/0/False,三种参数是等效的
GPIO.output(12,GPIO.LOW)

# 在任何程序结束后,请养成清理用过的资源的好习惯
# 注意:这行代码会将针脚状态恢复成默认值,如果要保持状态,请不要执行该命令
GPIO.cleanup()

上面代码是最常用的控制各个针脚输入输出的命令,我们可以灵活组合基本命令完成更复杂的功能。

【总结】

本节内容是我们后续搭建系统的基础,通过学习树莓派的GPIO使用,为我们后续的温湿度采集,电路控制等准备了充足的条件。

【源码地址】

GitHub:https://github.com/sevenTiny/SevenTiny.SmartHome

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